Modelování eroze Kateřina Růžičková

Proces eroze Rozrušování a transport objektů na Zemském povrchu Příčiny: Mechanické působení (vítr, voda, led, sníh, zvětraliny apod.) Chemické působení (přirozené, lidskou činností)

Druhy eroze Gravitační – svahové sesuvy Vodní – deštěm, tekoucí vodou Větrná Sněhová Ledovcová Antropogenní Biologická

Zrychlená eroze Sjednocování a intenzivní využívání zemědělských ploch Velkoplošné odlesňování Porušení přírodní rovnováhy

Ohrožení vodní erozí v ČR Zdroj:

Důsledky eroze Ztráta úrodné vrstvy Ztráta osiva Zanášení příkop, cest, budov Zanášení vodních toků Kvalitativní změny Sekundární (eutrofizace apod.)

Modelování vodní eroze Cíl modelování: –Identifikace ohrožených lokalit –Predikce četnosti/intenzity eroze –Predikce následků eroze Výstupy: –Přípustná délka svahu –Ztráta půdy –Koncentrace sedimentu, látek v odtoku –Objem odtoku, kulminační průtok

Modelování vodní eroze Empirické modely –na základě empirických zkušeností (dlouhodobá měření – statistický soubor dat) Fyzikálně založené –na základě fyzikálního popisu jevu (obvykle rovnice kontinuity + pohybové rovnice,...)

Empirické modely Výhody: –malý objem vstupních dat, obvykle snadno získatelných –jednoduché a přehledné vztahy –velká rozšířenost a snadná použitelnost, nenáročnost na výpočetní techniku

Empirické modely Nevýhody: –dlouhodobé průměrné odhady –neřeší jednotlivé přívalové srážky –obvykle neumožňuje zahrnutí nehomogenit do výpočtu –nejrozšířenější modely odvozeny v podmínkách USA (odlišnost od našich)

Empirické modely USLE (Universal Soil Loss Equation - Universální rovnice ztráty půdy) RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation - Revidovaná Universální Rovnice Ztráty Půdy) –aktualizace a revize USLE ; –zásadní změny ve způsobu stanovení jednotlivých faktorů rovnice

USLE Průměrné roční ztráty půdy způsobené odtokem z pozemků o určitém sklonu při určitém systému zemědělského využití Nelze ji použít pro období kratší

USLE Autoři: Wischmeier, Smith, 1965 Jednotkové pozemky – jednotné parametry: –délka 22,13 m –sklon 9 % –trvalý úhor –obděláván ve směru sklonu regresní analýzou odvozena závislost na 6 faktorech

Jednotkové pozemky

RUSLE G = R. K. L. S. C. P G - průměrná roční ztráta půdy, R - faktor erozní účinnosti deště, K - faktor erodovatelnosti půdy, L - faktor délky svahu, S - faktor sklonu svahu, C - faktor vegetačního krytu a osevního postupu, P - faktor protierozního opatření.

R – faktor erozní účinnosti deště Intenzita, úhrn, četnost výskytu a kinetická energie přívalových srážek R = E * I30 / 100 R - faktor erozní účinnosti deště [MJ.ha-1.cm.h-1] E - celková kinetická energie deště [J.m-2] I30- maximální 30 minutová intenzita deště [cm.h-1] Průměrná roční hodnota faktoru R - z maximálních ročních hodnot tohoto faktoru

R - faktor v ČR Zdroj ČHMÚ Regionalizace R faktoru => mapa tzv. izoerodent pro ČR Průměr R faktor pro české kraje = 20 [MJ.ha- 1.cm.h-1] Jen za vegetační období – ne erozi jarního tání sněhu

K – faktor erodovatelnosti půdy Vliv kvality půdy na její odolnost vůči dopadajícím dešťovým kapkám a proudící vodě Vliv velikosti infiltrace na množství povrchového odtoku

K - faktor V USLE určen experimentálně –odnos půdy z jednotky plochy na jednotku dešťového faktoru ze standartního pozemku Erodovatelnost půdy v USLE odvozena ze: –zrnitost ( frakce 0, ,01 a 0,1 - 2,0 mm) –obsah humusu –struktura –propustnost

K - faktor Přibližné určení faktoru K - podle hlavních půdních jednotek (HPJ) –2. a 3. místa číselného kódu bonitovaných půdně- ekologických jednotek (dále BPEJ) BPEJ - Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy Půdní mapy 1: ČGÚ (mapování AOPK ČR)

Topografický faktor LS LS = l d (0, ,0097s + 0,00138s2) l d - nepřerušená délka svahu [m] s - sklon svahu [%] p - exponent zahrnující vliv velikosti sklonu

C Faktor ochranného vlivu vegetace vliv vegetačního pokryvu a agrotechniky poměr zjištěného smyvu půdy na pozemku s pěstovanými plodinami(vegetací) ke smyvu na pozemku s kypřeným černým úhorem

C faktor Výrazné změny ochranného vlivu vegetace v průběhu vegetačního období Změny plodin

P Faktor účinnosti protierozních opatření poměr zjištěného smyvu na pozemku s použitým protierozním opatření ke smyvu na standartním pozemku, který je obděláván ve směru spádnice Způsoby obdělávání

Protierozní opatření Organizační – optimální tvar a velikost pozemku, vhodné rozmístění plodin, záchytné pásy, apod. Agrotechnické a vegetační - způsob sadby, protierozní orba Technické – terénní úpravy (terasy, hrázky, nádrže)

Velikost a tvar pozemku pozemek s ornou půdou by neměl ve směru sklonu větší délku než délku přípustnou určenou z hodnoty přípustného smyvu půdy

USLE Mnoho implementací –GRASS –USLE2D + LS-converter + GIS (ArcGIS, Idrisi, Mapinfo,... –Většinou nekomerční

Fyzikálně založené modely Výhody: –fyzikální základ (vznik a tvorba odtoku, vznik a průběh eroze), –teoreticky správnější reprezentace erozního procesu –přímé zahrnutí procesu eroze způsobené soustředěným odtokem a procesu ukládání transportovaných částic, –řešení jednotlivých srážko-odtokových situací, –přesnější schematizace geometrie území (nehomogenita),

Fyzikálně založené modely Nevýhody: –obtížněji dostupná vstupní data –nutná kalibrace modelu –často vysoké nároky na výpočextní techniku

SMODERP (SimulačníModelPovrchovéhoODtokuaERozn íhoProcesu) Model epizodní Pro jednotlivý svah nebo malé povodí Proces odtoku, eroze a transportu

SMODERP Výstupy: –přípustná délka svahu –objem povrchového odtoku –kulminační průtok –ztráta půdy

SMODERP Vstupy: –geometrie svahu –součinitel hydraulické vodivosti –poměrná plocha listová –potenciální intercepce –půdní typ –sorptivita (počáteční vlhkost) –povrchová drsnost –povrchová retence

WEPP (Water Erosion Prediction Project) Plně fyzikálně založený model Odděluje erozi deštěm x odtokem Jednotlivý pozemek Velký počet parametrů Založen na principu stochastického generátoru počasí

EROSION 2D/3D Ztráta půdy plošným i soustředěným odtokem Geometrický základ = pravidelná čtvercová síť

AGricultural Non-Point Source Pollution Model (AGNPS)

Literatura Kubátová, E.: Protierozní ochrana půdy - cvičení, Dostál, T., Krása, J.: Ochrana a organizace povodí., 2010

Literatura rirodni_protipovodnova_opatreni/$FILE/O OV-metodika pdf